Báo cáo " Khả năng mô phỏng hạn mùa của mô hình RegCM3 với các sơ đồ tham số hóa đối lưu khác nhau " potx

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

161
Khả năng mô phỏng hạn mùa của mô hình RegCM3 với các
sơ đồ tham số hóa đối lưu khác nhau
Nguyễn Quang Trung*, Phan Văn Tân, Ngô Đức Thành
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 15 tháng 7 năm 2012
Tóm tắt. Nghiên cứu này trình bày một số kết quả bước đầu thử nghiệm mô hình khí hậu khu vực
RegCM3 với các sơ đồ tham số hóa đối lưu khác nhau để mô phỏng nhiệt độ trung bình tháng và
tổng lượng mưa tháng cho các thàng mùa hè (từ tháng 4 đến tháng 10) giai đoạn 1996-2005 khi sử
dụng số liệu tái phân tích NNRP2 làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên. Các sơ đồ tham số hóa
được sử dụng là: (1) Sơ đồ Kuo, (2) Sơ đồ MIT Emanuel và (3) Sơ đồ Grell (giả thiết khép kín
Arakawa và Schubert). Các trường mô phỏng của RegCM3 đã được đánh giá bằng cách so sánh
với số liệu CRU (nhiệt độ và lượng mưa), và số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng Việt
Nam. Kết quả nhận được cho thấy RegCM3 đã tái tạo tương đối hợp lý các trường độ cao địa thế
vị, trường gió và trường nhiệt độ 2m trung bình. Phân bố của nhiệt độ mô phỏng nhìn chung khá
phù hợp với phân bố nhiệt độ quan trắc trên khu vực Việt Nam với sai số hệ thống vào khoảng 1
o
C
khi so với số liệu CRU. Sự khác biệt giữa các thí nghiệm (khi sử dụng các sơ đồ đối lưu khác
nhau) thể hiện khá rõ, đặc biệt là trường lượng mưa. Trong ba sơ đồ đối tham số hóa đối lưu, sơ đồ
Grell cho kết quả mô phỏng hợp lý hơn cả.
Từ khóa: RegCM, Mô hình khí hậu khu vực, Sơ đồ tham số hóa đối lưu.
1. Mở đầu


Mô hình khí hậu khu vực hiện đang được
phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau, như nghiên cứu mô phỏng khí hậu

khu vực, dự tính khí hậu tương lai, dự báo mùa
hay dự báo hạn mùa (seasonal prediction),…
Trong số đó, dự báo mùa hiện đang là một
trong những vấn đề được quan tâm đặc biệt.
Hiệu quả của sản phẩm dự báo hạn mùa có kĩ
năng tốt đã mang lại lợi ích lớn trong các lĩnh
_______

Tác giả liên hệ. ĐT: 84-983221206.
E-mail:
vực như nông nghiệp [1, 2] hay y tế [3]. Tuy
vậy, để có được những thành công trên, các mô
hình khí hậu khu vực được sử dụng cần trải qua
quá trình nghiên cứu, đánh giá khả năng mô
phỏng một cách cẩn thận và chi tiết, trên quy
mô hạn mùa.
Một trong những mô hình đang được ứng
dụng khá hiệu quả trên thế giới là RegCM3
(Regional Climate Model version 3). Các ứng
dụng hiện nay của RegCM3 bao gồm nghiên
cứu khí hậu quá khứ, hiện tại và tương lai tại
nhiều nơi khác nhau trên thế giới, từ Châu Mỹ,
Châu Âu đến Châu Á, Châu Phi [4-7].
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

162
Việc nghiên cứu đánh giá năng lực, độ nhạy
của RegCM3 đối với các sơ đồ tham số hóa vật
lý, độ phân giải ngang, miền tính, cũng đã
được nhiều tác giả thực hiện. Chẳng hạn

Martinez Castro và CS (2006) [8] đã đánh giá
khả năng mô phỏng của RegCM3 với 3 sơ đồ
tham số hóa đối lưu khác nhau. Với khu vực
quan tâm là Caribbean, các tác giả đã thí
nghiệm với 2 miền tính chồng lên nhau với độ
phân giải tương ứng là 50 và 25 km. Các sơ đồ
đối lưu được sử dụng là sơ đồ Grell với 2 giả
thiết khép kín khác nhau là Arakawa-Schubert
(Grell-AS) và Fritsch-Chappell (Grell-FC) và
sơ đồ Anthes-Kuo. Thêm vào đó, hai sơ đồ
tham số hóa thông lượng trên biển cũng được
kiểm định độ nhạy (Zeng và BATS). Tất cả có
8 mô phỏng khác nhau được thực hiện cho mùa
hè, cũng là mùa mưa ở khu vực này, từ tháng 6
đến tháng 9 năm 1993. Điều kiện biên và điều
kiện ban đầu là số liệu tái phân tích của NCEP-
NCAR và số liệu nhiệt độ mặt nước biển trung
bình tháng.
Kết quả đánh giá khi sử dụng số liệu CRU
và CMAP cho thấy mô hình mô phỏng thiên
thấp một cách hệ thống cả nhiệt độ và lượng
mưa trong “miền lớn”. Sai số của nhiệt độ thiên
âm vào khoảng 2
o
C đối với Grell-FC và khoảng
0.9
o
C đối với Kuo, còn Grell-AS cho sai số vào
khoảng giữa. Nhìn chung, nhiệt độ được mô
phỏng tốt hơn ở miền nhỏ, trong khi lượng mưa

mô phỏng tốt hơn ở miền lớn. Bên cạnh đó, khi
sử dụng BATS để tính toán thông lượng dòng
trên đại dương trong miền lớn thay vì sơ đồ
Zeng, lượng giáng thủy tăng lên 25% và đóng
góp của lượng giáng thủy do đối lưu tăng từ
18% lên 45%. Sự thay đổi này, theo tác giả,
được cho là do sự tăng ẩn nhiệt gần bề mặt khi
sử dụng BATS. Việc sử dụng BATS cũng làm
giảm sai số thiên thấp khoảng 0.3-0.4
o
C.
Năm 2007, Iman Babaeian và CS [9] cũng
khảo sát vai trò của các sơ đồ đối lưu và vị trí
tâm miền tính đối với mô phỏng lượng mưa
bằng mô hình RegCM3 độ phân giải ngang
75km cho khu vực Iran trong hai mùa đông
“khô” và “ẩm ướt” của năm 1997 và 2000. Các
sơ đồ đối lưu được xem xét là Grell-AS, Grell-
FC, Emanuel và Kuo với các tâm miền tính
khác nhau nằm ở Himalaya, Địa trung hải, Iran
và Ấn Độ dương (gần biên giới phía nam
Pakistan). Tất cả cũng có 8 thí nghiệm được
thực hiện khi sử dụng số liệu tái phân tích
NNRP1 làm điều kiện ban đầu và điều kiện
biên. Số liệu quan trắc tại 151 trạm và số liệu
CRU được dùng để đánh giá.
Theo các tác giả kết quả mô phỏng lượng
mưa phụ thuộc mạnh mẽ vào vị trí tâm miền
tính và việc lựa chọn sơ đồ đối lưu. Trong tất cả
các thí nghiệm, tổng lượng giáng thủy mô

phỏng đều thấp hơn quan trắc và có sự chuyển
dịch về phía đông của hình thế mưa ở khu vực
biển Caspian.
Ở Việt Nam, năm 2008, Phan Văn Tân và
Hồ Thị Minh Hà [10] cũng đã khảo sát độ nhạy
của mô hình khí hậu khu vực RegCM3 đối với
các sơ đồ tham số hóa đối lưu Kuo, Grell-AS,
Grell-FC và Emanuel. Mô hình được tích phân
cho 3 mùa đông và 3 mùa hè của 3 năm 1996-
1998, trong đó mùa đông được giả thiết kéo dài
từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau, còn mùa hè từ
tháng 6 đến tháng 11. Miền tính của mô hình từ
75E-135E và từ 15S-42N với độ phân giải
ngang 54 km. Điều kiện biên xung quanh và
điều kiện biên dưới được sử dụng là số liệu
ERA40 và số liệu nhiệt độ mặt nước biển
OISST. Để đánh giá mô hình đã sử dụng các
nguồn số liệu là CRU, CMAP và số liệu quan
trắc (54 trạm quan trắc lượng mưa và 154 trạm
quan trắc nhiệt độ). Kết quả cho thấy, nhiệt độ
mô phỏng của mô hình thấp hơn quan trắc,
trong đó sơ đồ Grell-FC cho mô phỏng thấp
nhất, còn sơ đồ Emanuel cho kết quả phù hợp
nhất, cả trên toàn miền tính và trên khu vực
Việt Nam. Theo các tác giả hiệu ứng của việc
sử dụng các sơ đồ tham số hóa đối lưu khác
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172
163
nhau đối với mưa mô phỏng là khá rõ ràng.
Đóng góp vào tổng lượng mưa mô phỏng của

mô hình chủ yếu là mưa sinh ra bởi quá trình
đối lưu. Trong bốn sơ đồ tham số hóa đối lưu
của RegCM3, các sơ đồ Grell (Grell-AS và
Grell-FC) đều mô phỏng tốt các tâm mưa lớn
trên toàn miền tính, trong đó Grell-FC cho
lượng mưa mô phỏng vượt quá nhiều so với
quan trắc (CMAP). Sơ đồ Emanuel cho mô
phỏng khá khô về mùa đông, còn sơ đồ Kuo
cho mô phỏng khá khô về mùa hè. Các tác giả
cũng cho rằng sơ đồ Grell-AS cho mưa mô
phỏng phù hợp với thực tế nhất trên lãnh thổ
Việt Nam.
Có thể nhận thấy rằng, những kết quả
nghiên cứu về khả năng mô phỏng hạn mùa của
RegCM3 đối với khu vực Việt Nam mới chỉ là
những thử nghiệm bước đầu. Do thời gian mô
phỏng chưa đủ dài (chỉ từ 1 mùa đến 3 năm)
nên những nhận định được rút ra chưa đảm bảo
độ tin cậy. Nhằm góp phần giải quyết những
hạn chế trên, nghiên cứu này sẽ đánh giá khả
năng mô phỏng của mô hình RegCM3 với các
sơ đồ tham số hóa đối lưu khác nhau cho mùa
hè trong giai đoạn 10 năm.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Mô hình và số liệu
Mô hình RegCM được sử dụng trong
nghiên cứu này là phiên bản 3 (RegCM3) với
những cải tiến và bổ sung đáng kể so với các
phiên bản trước [11]. Chi tiết hơn về RegCM3
có thể tham khảo tại [11]. Trong RegCM3 có ba

tùy chọn sơ đồ tham số hóa đối lưu: (1) Sơ đồ
Kuo sửa đổi; (2) Sơ đồ MIT Emanuel; và (3) Sơ
đồ Grell. Trong đó, sơ đồ Grell có thể áp dụng
với một trong hai giả thiết khép kín: (1) khép
kín Arakawa và Schubert và (2) khép kín
Fritsch và Chappell.
Trong nghiên cứu này số liệu được sử dụng
làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô
hình là số liệu tái phân tích NNRP2 của Trung
tâm quốc gia Dự báo Môi trường Hoa Kỳ
(National Centre for Environmental Prediction
Reanalysis datasets) với độ phân giải ngang 2.5
độ x 2.5 độ với 17 mực áp suất theo chiều thẳng
đứng giai đoạn1996 đến 2005.
Số liệu phân tích nhiệt độ mặt nước biển
(SST) trung bình tháng trên lưới 1 độ x 1 độ
(OISST) được sử dụng làm điều kiện biên dưới
trên các vùng đại dương.

Hình 1. Vị trí 48 trạm lấy số liệu quan trắc
để thẩm định.
Các nguồn số liệu quan trắc được sử dụng
trong đánh giá kết quả mô phỏng của mô hình
gồm:
- Số liệu tái phân tích nhiệt độ và lượng
mưa tháng độ phân giải ngang 0,5 độ của Trung
tâm nghiên cứu khí hậu của Anh (CRU);
- Số liệu quan trắc trên 48 trạm khí tượng
phân bố khá đều trên lãnh thổ Việt Nam (hình 1).
2.2. Thiết kế thí nghiệm

Mô hình RegCM3 được thiết kế chạy lần
lượt với 3 sơ đồ tham số hóa đối lưu khác nhau
khi sử dụng điều kiện biên là các bộ số liệu
NNRP2 và OISST. Trong mỗi trường hợp mô
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

164
hình được tích phân từ 00UTC ngày 01 tháng
04 đến 00UTC ngày 01 tháng 11 của từng năm
trong giai đoạn 1996-2005. Theo chiều thẳng
đứng mô hình gồm 18 mực σ với đỉnh tại mực
50 mb. Miền tính mô hình gồm 144x105 điểm
(tương ứng theo hai chiều đông-tây và nam-
bắc) với tọa độ tâm là (108
o
E; 11.5
o
N). Độ phân
giải ngang của mô hình là 36 km sử dụng phép
chiếu Mercator. Hình 2 mô tả miền tính với độ
cao địa hình.
Các sơ đồ đối lưu được sử dụng là: (1) Sơ
đồ Kuo sửa đổi; (2) Sơ đồ MIT Emanuel và (3)
Sơ đồ Grell với giả thiết khép kín Arakawa và
Schubert. Kí hiệu tương ứng với 3 nhóm kết
quả là: Reg_Kuo, Reg_Emanuel và Reg_Grell.

Hình 2. Miền tính của RegCM3 trong các
thí nghiệm.
3. Kết quả và nhận xét

3.1. Hoàn lưu mô phỏng
Trước tiên, các trường độ cao địa thế vị, gió
và khí áp mực biển mô phỏng của mô hình sẽ
được so sánh với số liệu tái phân tích (NNRP2).
Miền phân tích được giới hạn từ 5
o
N đến 25
o
N
và 100
o
E đến 120
o
E. Trường gió và trường độ
cao địa thế vị trung bình giai đoạn 1996-2005 ở
các mực 850, 500, 200 mb của các tháng 4, 7,
10 sẽ được đánh giá cho các thí nghiệm
Reg_Kuo, Reg_Emanuel, Reg_Grell (Hình 3).
Có thể nhận thấy rằng trong cả ba thí nghiệm
mô hình RegCM3 đều tái tạo tốt hình thế
trường độ cao địa thế vị và trường gió. Sự sai
khác chủ yếu là độ lớn trường độ cao, nhưng
cũng chỉ khoảng 5 mb. Trên cả 3 mực 850, 500
và 200mb, thí nghiệm Reg_Kuo mô phỏng
trường hoàn lưu “mạnh” hơn còn thí nghiệm
Reg_Emanuel cho kết quả “yếu” hơn quan trắc.
Điều đó có nghĩa là thí nghiệm Reg_Grell cho
kết quả mô phỏng các trường hoàn lưu hợp lý
nhất.
Trên mực 850 mb, nhìn chung kết quả mô

phỏng hạn mùa của cả 3 thí nghiệm đều khá
tương đồng với số liệu tái phân tích, trong đó
Reg_Grell và Reg_Emanuel tái tạo trường độ
cao địa thế vị là tốt nhất, đặc biệt đối với tháng
4 và tháng 10. Trong tháng 4, Reg_Kuo cho mô
phỏng cao hơn khoảng 5mb trên khu vực khá
rộng ở phía Đông Bắc miền phân tích, làm gia
tăng sự lấn sâu của lưỡi áp cao về phía khu vực
Việt Nam. Thí nghiệm Reg_Emanuel lại cho
trường gió ở miền nam Việt Nam kém hơn so
với 2 thí nghiệm còn lại trong tháng này. Trong
tháng 7, Reg_Kuo cũng cho kết quả mô phỏng
cao hơn khoảng 5mb nhưng chủ yếu ở phía nam
miền phân tích trong khi Reg_Emanuel lại cho
kết quả thấp hơn ở phía Tây Bắc miền phân tích
với trường gió mạnh hơn so với NNRP. Đáng
chú ý là nếu chỉ xét riêng cho khu vực Việt
Nam thì trường gió của Reg_Grell trong tháng
này có kết quả mô phỏng tốt nhất. Đến tháng
10, đồng thời cả Reg_Kuo và Reg_Grell đều
cho trường độ cao lớn hơn khoảng 5mb ở phía
nam miền, cho thấy sự lấn xuống rộng hơn của
hệ thống áp cao. Cũng như tháng 4,
Reg_Emanuel mô phỏng trường độ cao địa thế
vị tốt hơn nhưng lại tái tạo trường gió kém hơn
Reg_Grell cả về hướng và độ lớn trong trường
hợp này. Lên đến mực 500 mb và 200 mb
(không chỉ ra ở đây), khả năng mô phỏng hạn
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172
165

mùa của các thí nghiệm vẫn cho kết quả tốt và
sự khác biệt giữa các thí nghiệm là không đáng
kể. Trường khí áp mực biển nhìn chung cũng
được mô phỏng hạn mùa tốt trong cả ba thí
nghiệm, đặc biệt là Reg_Emanuel. Các thí
nghiệm đều mô phỏng tốt hình thế phân bố khí
áp mực biển trong các tháng. Reg_Emanuel cho
kết quả mô phỏng sát với số liệu tái phân tích
nhất vào tháng 4 và tháng 10. Trong khi đó,
Reg_Kuo và Reg_Grell cho giá trị khí áp lớn
hơn ở hầu như trên toàn miền phân tích trong
tất cả các trường hợp.




Reg_Kuo
Reg_Grell
Reg_Emanuel
NNRP2
Hình 3. Trường vectơ gió và độ cao địa thế vị mực 850 mb trung bình các tháng 4, 7, 10 (trên xuống dưới)
của các thí nghiệm so sánh với số liệu NNRP2.
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

166
3.2. Trường nhiệt độ và lượng mưa
Trường nhiệt độ mực 2m và lượng mưa
được phân tích trên khu vực Việt Nam và trên
các điểm trạm (chia theo 7 vùng khí hậu khi
đánh giá theo dạng đồ thị tụ điểm).

Trên Hình 4 biểu diễn trường nhiệt độ 2m
(T2m) và lượng mưa trung bình (R) các tháng
5-10 trong giai đoạn 1996-2005 của các thí
nghiệm và của CRU. Phân bố của T2m mô
phỏng trong cả 3 thí nghiệm trên khu vực Việt
Nam nhìn chung khá phù hợp với quan trắc
(CRU) nhưng có giá trị cao hơn số liệu CRU
khoảng 1
o
C, thể hiện rõ nhất trên các vùng khí
hậu B2, B4, N1 và N3. Ở các vùng có địa hình
cao như B1 và N2, nhiệt độ mô phỏng của
Reg_Grell và Reg_Emanuel cho kết quả tốt hơn
Reg_Kuo.
Kết quả mô phỏng lượng mưa có sự khác
biệt lớn giữa các thí nghiệm. Nhìn chung trên
khu vực Việt Nam, Reg_Grell mô phỏng R gần
với số liệu CRU nhất. Reg_Kuo cho mô phỏng
khô hơn (thấp hơn khoảng 50-100 mm) còn
Reg_Emanuel mô phỏng lượng mưa vượt quá
khá nhiều (từ 100 đến 200 mm).



Reg_Kuo
Reg_Grell
Reg_Emanuel
CRU
Hình 4. Trường nhiệt độ mực 2m (trên) và lượng mưa (dưới) trung bình các tháng 5-10
trong giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm so sánh với số liệu CRU.

N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172
167
Nhiệt độ mực 2m và lượng mưa trung bình
được nội suy về trạm và so sánh với số liệu
quan trắc tại 48 trạm (Hình 5). Một cách khái
quát, T2m mô phỏng bởi 3 thí nghiệm có giá trị
xấp xỉ và thấp hơn số liệu quan trắc tại trạm từ
1
o
C đến 2
o
C. Các trạm thuộc khu vực B1 và B4
cho kết quả mô phỏng thấp hơn quan trắc rõ rệt.
T2m mô phỏng tại các trạm có độ cao lớn như
Sapa, Đà Lạt đều cao hơn quan trắc khoảng
2
o
C. Đây có thể do sự làm trơn địa hình trong
mô hình dẫn đến độ cao mô hình thấp hơn độ
cao thực tế của trạm. Điều này cũng đã được đề
cập đến trong [12]. So sánh giữa các thí
nghiệm, Reg_Kuo cho giá trị mô phỏng cao
hơn hai thí nghiệm còn lại và Reg_Grell cho
mô phỏng thấp hơn cả. Khu vực đồng bằng như
B3 và N3 có kết quả mô phỏng gần với giá trị
quan trắc nhất. Khác với T2m, so với quan trắc
lượng mưa mô phỏng hạn mùa có sự khác biệt
lớn giữa các thí nghiệm. Reg_Emanuel dường
như mô phỏng gần với số liệu quan trắc nhất,
còn Reg_Kuo và Reg_Grell cho mô phỏng thấp

hơn hẳn, đặc biệt là Reg_Kuo. Các thí nghiệm
không mô phỏng tốt lượng mưa quá lớn ở tâm
mưa Bắc Quang.
0
5
10
15
20
25
30
35
DIENBIEN
LAICHAU
MOCCHAU
SONLA
HAGIANG
THAINGUYEN
TUYENQUANG
YENBAI
BACQUANG
LANGSON
SAPA
BAICHAY
COTO
BACHLONGVI
HANOI
HOABINH
NAMDINH
NINHBINH
PHULIEN

DONGHA
DONGHOI
HATINH
HOIXUAN
HUE
HUONGKHE
NAMDONG
THANHHOA
TUONGDUONG
VINH
BATO
DANANG
NHATRANG
PHANTHIET
PHUQUY
QUYNHON
TRAMY
TUYHOA
AYUNPA
BUONMATHUOT
BAOLOC
DALAT
KONTUM
PLAYCU
CAMAU
CANTHO
CONDAO
RACHGIA
VUNGTAU
Trạm

T2m (
o
C)
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel OBS

0
200
400
600
800
DIENBIEN
LAICHAU
MOCCHAU
SONLA
HAGIANG
THAINGUYEN
TUYENQUANG
YENBAI
BACQUANG
LANGSON
SAPA
BAICHAY
COTO
BACHLONGVI
HANOI
HOABINH
NAMDINH
NINHBINH
PHULIEN
DONGHA

DONGHOI
HATINH
HOIXUAN
HUE
HUONGKHE
NAMDONG
THANHHOA
TUONGDUONG
VINH
BATO
DANANG
NHATRANG
PHANTHIET
PHUQUY
QUYNHON
TRAMY
TUYHOA
AYUNPA
BUONMATHUOT
BAOLOC
DALAT
KONTUM
PLAYCU
CAMAU
CANTHO
CONDAO
RACHGIA
VUNGTAU
Trạm
Tpr (mm)

Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel OBS

Hình 5. Trường nhiệt độ mực 2m (trên) và lượng mưa (dưới) trung bình các tháng 5-10
trong giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm so sánh với số liệu quan trắc tại 48 trạm.

Trên các hình 6a và 6b là đồ thị tụ điểm
biểu diễn tương quan giữa kết quả mô phỏng và
quan trắc của nhiệt độ và lượng mưa cho 3 thí
nghiệm. Các trạm được đánh dấu phân biệt giữa
7 vùng khí hậu, với các trạm thuộc miền Bắc
(B1, B2, B3, B4) có màu xám và các trạm thuộc
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

168
miền Nam (N1, N2, N3) có màu đen. Về nhiệt
độ, cả 3 thí nghiệm đều cho mô phỏng hạn mùa
thấp hơn quan trắc ở hầu hết các trạm, ngoài
một số trạm thuộc B2 và N2. Các trạm có giá trị
mô phỏng tốt nằm ở các vùng B3, N1 và N3.
Riêng vùng B1, cả 3 thí nghiệm đều không nắm
bắt được sự khác biệt giữa các trạm trong vùng
(dao động từ 22 đến 26
o
C). Nhìn chung, sai số
mô hình vào khoảng 2
o
C. Về lượng mưa,
Reg_Emanuel cho kết quả tốt hơn Reg_Kuo và
Reg_Grell, tuy sai số vẫn còn lớn. Reg_Kuo và
Reg_Grell cho mô phỏng thấp hơn quan trắc ở

tất cả các trạm, trong khi Reg_Emanuel mô
phỏng “gần” với quan trắc hơn. Reg_Emanuel
cũng có sai số nằm trong khoảng 100 mm,
trong khi sai số của Reg_Kuo và Reg_Grell có
thể lên đến 200-300 mm.







a.
b.
Hình 6. Đồ thị tụ điểm đánh giá sai số mô phỏng nhiệt độ mực 2m (a)
và lượng mưa (b) của 3 thí nghiệm so với số liệu quan trắc tại 48 trạm.
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172
169
Profile thẳng đứng của nhiệt độ và độ ẩm
tuyệt đối được thể hiện trên Hình 7. Độ ẩm
tuyệt đối và nhiệt độ được tính trung bình các
tháng từ 5 đến 10. Miền tính trung bình được
lấy từ 8
o
N đến 24
o
N và 102
o
E đến 110
o

E, bao
quanh khu vực Việt Nam. Về cơ bản, sự khác
biệt về độ ẩm tuyệt đối giữa các thí nghiệm có
thể nhận thấy được, trong khi sự khác biệt về
nhiệt độ là không đáng kể. Qua đó cho thấy
profile nhiệt độ thẳng đứng chênh lệch rất nhỏ
giữa các trường hợp. Chênh lệch, tuy nhỏ, chủ
yếu giữa Reg_Emanuel với 2 trường hợp còn
lại và ở dưới mực 700 mb. Ở trên mực 300 mb,
profile của 3 thí nghiệm dường như đồng nhất.
Điều này cũng xảy ra với độ ẩm tuyệt đối, trên
300 mb các thí nghiệm gần như trùng khít
profile, nhưng dưới 300 mb, frofile của độ ẩm
tuyệt đối có sự khác biệt rõ rệt, nhất là khoảng
từ 800 mb đến 300 mb. Khoảng từ 1000 mb đến
850 mb, profile của Reg_Kuo và Reg_Grell gần
như giống nhau. Trong khoảng này, độ ẩm tuyệt
đối của Reg_Emanuel giảm nhanh hơn một
chút so với Reg_Kuo và Reg_Grell. Nhìn
chung, Reg_Emanuel cho độ ẩm tuyệt đối lớn
hơn 2 thí nghiệm còn lại ở tất cả các mực, còn
Reg_Grell là thấp nhất.
Hình 8 là biểu đồ dạng Hovmoller biểu diễn
trung bình trượt 5 ngày của nhiệt độ và lượng
mưa tiến triển theo thời gian từ tháng 5 đến
tháng 10 và theo vĩ độ từ 8
o
N đến 24
o
N lấy

trung bình trên dải kinh độ từ 102
o
E đến 100
o
E
và cho cả giai đoạn 1996-2005 của 3 thí nghiệm



a.
b.
Hình 7. Profile thẳng đứng của độ ẩm tuyệt đối (a) và nhiệt độ (b) trung bình từ tháng 5-10
giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm.
Nhìn chung, sự tiến triển theo thời gian của
trường nhiệt mô phỏng bởi Reg_Kuo và
Reg_Emanuel lớn hơn so với Reg_Grell, rõ nét
ở phía nam (vĩ độ dưới 10
o
N). Sự khác biệt
cũng nhận thấy rõ ở khoảng vĩ độ 16
o
N-18
o
N và
20
o
N-22
o
N. Với lượng mưa, sự chênh lệch giữa
các thí nghiệm là rất rõ nét. Khoảng cuối tháng

7, Reg_Kuo thể hiện sự biến thiên theo thời
gian của lượng mưa trung bình trượt 5 ngày vào
khoảng 5-10 mm còn Reg_Grell vào khoảng 15
mm, trong khi đó Reg_Emanuel cho lượng mưa
lớn ngay từ đầu tháng 6. Lượng mưa mô phỏng
của Reg_Emanuel, ở dải vĩ độ 18
o
N đến 20
o
N
vào các tháng 8, 9 lớn đáng kể (~45 mm). Như
vậy, một cách khái quát có thể thấy, Reg_Kuo
cho lượng mưa mô phỏng của khá nhỏ và nền
nhiệt mô phỏng cao với sự khác biệt giữa các
dải vĩ độ bắc-nam lớn trong khi đó
Reg_Emanuel cũng cho nền nhiệt mô phỏng
cao ngay từ các tháng 5, 6 với vùng có nhiệt độ
cao lan rộng hơn về phía bắc kèm theo lượng
mưa lớn bắt đầu vào khoảng tháng 7. Trong ba
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

170
thí nghiệm, Reg_Grell cho mô phỏng dường
như hợp lý hơn với nền nhiệt thấp hơn một chút
và lượng mưa nằm ở khoảng giữa so với 2 thí
nghiệm còn lại.
4. Kết luận
Nhằm đánh giá năng lực của mô hình
RegCM trong mô phỏng hạn mùa các trường
khí hậu trên khu vực Việt Nam làm cơ sở cho

việc ứng dụng mô hình vào dự báo hạn mùa,
trong bài này ba thí nghiệm độ nhạy của
RegCM đối với các sơ đồ tham số hóa đối lưu
đã được thực hiện. Kết quả nhận được cho thấy:
1) RegCM3 đã tái tạo khá hợp lý các trường
độ cao địa thế vị, trường gió và trường nhiệt độ
2m trên khu vực Việt Nam và lân cận.
2) Các sơ đồ đối lưu khác nhau cho kết quả
mô phỏng khác nhau khá rõ. Trong ba thí
nghiệm, Reg_Grell cho kết quả mô phỏng nhìn
chung hợp lý hơn cả.
3) Sự khác biệt giữa các thí nghiệm thể hiện
rõ nhất trong các trường lượng mưa mô phỏng.







a.
b.
Hình 8. Biểu đồ Hovmoller trung bình trượt 5 ngày của nhiệt độ (a) và lượng mưa (b) của các thí nghiệm
Reg_Kuo (trên), Reg_Grell (giữa) và Reg_Emanuel (dưới).
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172
171
Lời cám ơn
Nghiên cứu này được hoàn thành với sự hỗ
trợ của Đề tài ĐT.NCCB-ĐHUD.2011-G/09.
Nhân đây tập thể tác giả xin chân thành cám ơn.

Tài liệu tham khảo
[1] Cantelaube, P., Terres, J.M., Seasonal weather
forecasts for crop-yield modelling in Europe,
Tellus Seriesa Dyn. Meteorol. Oceanogr. 57 (3),
(2005) 476–487.
[2] Challinor, AJ; Slingo, JM; Wheeler, TR; Doblas
-Reyes, Probabilistic simulations of crop yield
over western India using the DEMETER
seasonal hindcast ensembles, TELLUS A, 57,
(2005) pp.498-512.
[3] Thomson, M.C., F.J. Doblas-Reyes, S.J. Mason,
R. Hagedorn, S.J. Connor, T. Phindela, A.P.
Morse and T.N. Palmer, Malaria early warnings
based on seasonal climate forecasts from multi-
model ensembles, Nature, 439, (2006) 576-579.
[4] Giorgi, F. and C. Shields, Tests of precipitation
parameterizations available in the latest version
of the NCAR regional climate model (RegCM)
over the continental United States, Journal of
Geophysical Research, 104, (1999) 6353-6375.
[5] Singh G.P., Oh J., Kim J., Kim O., Sensitivity
of Summer Monsoon Precipitation over East
Asia to Convective Parameterization Schemes
in RegCM3, SOLA Vol. 2 (2006) (029-032).
[6] Bergant K., Belda M., Halenka T., Systematic
errors in the simulation of European climate
(1961-2000) with RegCM3 driven by
NCEP/NCAR reanalysis, International Journal
of Climatology Vol. 27 (4), (2007) pp. 455-472.
[7] Sylla M. B. & A. T. Gaye & J. S. Pal & G. S.

Jenkins & X. Q. Bi, High-resolution simulations
of West African climate using regional climate
model (RegCM3) with different lateral
boundary conditions, Theor Appl Climatol
(2009) 98:293–314.
[8] D. Martinez Castro, R. Porfirio da Rocha, A.
Bezanilla-Morlot, L. Alvarez-Escudero, J. P.
Reyes-Fernandez, Y. Silva-Vidal, and R. W.
Arritt, Sensitivity studies of the RegCM3
simulation of summer precipitation, temperature
and local wind field in the Caribbean Region,
Theor. Appl. Climatol. 86, 5–22 (2006).
[9] Iman Babaeian, Rahele Modirian, Maryam
Karimian, Sensitivity Analysis of Different
Convection Schemes and Domain Centers for
Numerical Simulation of Winter Precipitation
Over Iran, JAST, Vol. 4, No. 2, pp 33-42,
Iranian Aerospace Society, (2007).
[10] Phan Văn Tân, Hồ Thị Minh Hà, Nghiên cứu độ
nhạy của mô hình khí hậu khu vực RegCM3.
Phần II: Ảnh hưởng của các sơ đồ tham số hóa
đối lưu đến kết quả mô phỏng khí hậu hạn mùa
khu vực Đông Nam Á. Tạp chí Khí tượng Thủy
văn, Hà Nội, 10(574), 2008, tr. 1-11.
[11] Nellie Elguindi, Xunqiang Bi, Filippo Giorgi,
Badrinath Nagarajan, Jeremy Pal, and Fabien
Solmon, RegCM Version 3.0 User's Guide,
Physics of Weather and Climate Group,
International Centre for Theoretical Physics,
MIRAMARE TRIESTE, February 2004.

[12] Phan VT, Ngo-Duc T, Ho TMH, Seasonal and
interannual variations of surface climate
elements over Vietnam, Journal of Climate
Research, Vol. 40, No 1, (2009) pp 49-60

Performance of RegCM3 with different convective
precipitation schemes in seasonal simulation
Nguyen Quang Trung, Phan Van Tan, Ngo Duc Thanh
Faculty of Hydro-Meteorology and Oceanography, VNU University of Science,
334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam

In this study, we present initial results of testing RegCM3 with different convective schemes in
order to simulate monthly temperature and rainfall for the summer (from April to October) during the
N.Q. Trung và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 161-172

172
period 1996-2005, with initial and boundary conditions from the NNRP2 reanalysis data. The schemes
include: (1) Kuo, (2) MIT Emanuel and (3) Grell (Arakawa and Schubert closure assumption). The
simulated fields of RegCM3 were evaluated by comparing with the CRU data and the observation
station data. Results show good performance of RegCM3 in simulating geopotential height, wind and
temperature fields. Simulated 2m-temperature generally well represents the observed pattern over
Vietnam but overestimates the CRU data of about 1°C. The difference among the experiments (with
different convection schemes) is remarkable, especially in the precipitation field. Reg_Grell appears to
have the best performance among the 3 schemes in seasonal simulation
Keywords: RegCM, regional climate model, convection scheme.